Способ выделения глиоксиловой кислоты из водной реакционной среды, содержащей глиоксиловую кислоту и соляную кислоту

Способ выделения глиоксиловой кислоты из водной реакционной среды, содержащей глиоксиловую кислоту и соляную кислоту

Реферат

Изобретение относится к способу очистки глиоксиловой кислоты, начиная с получения водной реакционной среды, содержащей глиоксиловую кислоту и соляную кислоту, который делает возможным значительное снижение остаточной концентрации соляной кислоты в среде.

Глиоксиловую кислоту обычно получают путем окисления глиоксаля азотной кислотой в присутствии неорганической кислоты, такой как соляная кислота, в водной среде, как описано, например, в заявке ЕР 349406.

Общий принцип такого окисления состоит в следующем:

Полученные водные растворы глиоксиловой кислоты содержат не такое уж незначительное количество соляной кислоты, которую трудно удалить.

Традиционно для этой цели применяются такие способы, как выпаривание, электродиализ или обработка ионообменными смолами.

Однако указанные способы с промышленной точки зрения считаются неудовлетворительными, поскольку они требуют высоких энергозатрат, в частности в случае электродиализа, или применения больших количеств смол. Кроме того, обычные способы выпаривания, которые приводят к образованию азеотропной смеси соляная кислота-вода, не позволяют снизить содержание соляной кислоты до уровня ниже ее содержания в азеотропной смеси.

Заявка JP 58-153575 описывает способ очистки водного раствора глиоксиловой кислоты с применением рабочих условий, которые позволяют предотвратить образование азеотропной смеси соляная кислота-вода. Образуется трехкомпонентная смесь - глиоксиловая кислота-соляная кислота-вода, и соляная кислота экстрагируется уже из этой смеси. Указывается, что такой способ предпочтительно применим к водным растворам глиоксиловой кислоты, содержащим менее 60% мас. глиоксиловой кислоты.

Однако ни один из вышерассмотренных способов не имеет целью снизить содержание соляной кислоты до уровня ниже 5000 ppm (частей на миллион частей), хотя при таком уровне содержания возникают проблемы с коррозией большинства материалов, использующихся для изготовления оборудования или предназначенных для длительного хранения. Поэтому желательно снизить указанное содержание примерно до 300 ppm или ниже.

Кроме того, было замечено, что чем выше содержание глиоксиловой кислоты в водной среде, например, за счет концентрации, тем труднее добиться снижения содержания соляной кислоты, в частности, по причине вязкости концентрированной глиоксиловой кислоты.

Таким образом, решаемая техническая проблема состоит в обеспечении способа очистки глиоксиловой кислоты, начиная с получения водной реакционной среды, содержащей глиоксиловую кислоту и соляную кислоту, который позволяет значительно уменьшить остаточную концентрацию соляной кислоты в среде и который может быть реализован на промышленном уровне без необходимости использования больших количеств электроэнергии или реагентов.

Таким образом, согласно первому аспекту изобретение относится к способу выделения глиоксиловой кислоты из предварительно полученной водной реакционной среды, содержащей глиоксиловую кислоту и соляную кислоту, который включает стадию отгонки реакционной среды в противотоке с паром для получения, с одной стороны, газообразной фазы, содержащей летучую соляную кислоту, и, с другой стороны, жидкой фазы, содержащей очищенную глиоксиловую кислоту.

Предпочтительно способ изобретения осуществляется в водной реакционной среде, содержащей менее 30% мас. воды, предпочтительно - менее 25% мас. воды.

Стадия отгонки в противотоке проводится под давлением, ниже атмосферного давления, предпочтительно под давлением ниже 30000 Па (300 мбар), более предпочтительно - ниже 10000 Па (100 мбар).

Водную реакционную среду, содержащую глиоксиловую кислоту и соляную кислоту, предпочтительно получают окислением глиоксаля в присутствии соляной кислоты.

Способ изобретения предпочтительно может осуществляться при концентрации соляной кислоты в водной реакционной среде, ниже или равной 2% мас., в частности ниже или равной 0,5% мас.

Как указывалось выше, способ изобретения особенно пригоден для снижения остаточного содержания соляной кислоты в водной реакционной среде до очень низкого уровня.

В частности, способ изобретения делает возможным снижение концентрации соляной кислоты в жидкой фазе, содержащей очищенную глиоксиловую кислоту, до содержания, ниже или равного 250 ppm (частей на миллион частей), предпочтительно - ниже или равного 100 ppm, более предпочтительно - ниже или равного 50 ppm и наиболее предпочтительно - ниже или равного 30 ppm.

Как указывалось выше, способ изобретения особенно пригоден для очистки водных реакционных сред, содержащих высокую концентрацию глиоксиловой кислоты.

В частности, способ изобретения может применяться в том случае, если указанная водная реакционная среда содержит от 70% до 80% мас. глиоксиловой кислоты, от 0 до 5% мас. щавелевой кислоты и от 0 до 5% мас. глиоксаля.

Согласно одному предпочтительному аспекту способа изобретения применяемое в способе весовое отношение пара к реакционной среде составляет от 0,1 до 10, в частности от 0,2 до 2.

В настоящем изобретении может использоваться любое устройство для отгонки с паром, такое как насадочные колонны (с неплотной насадкой или плотной насадкой) или тарельчатые колонны.

Например, способ может быть осуществлен следующим образом. Водная реакционная среда, содержащая глиоксиловую кислоту и соляную кислоту, вводится сверху в стеклянную колонну, имеющую теплоизоляцию и содержащую кольца Рашига, в которой введенный в противотоке пар циркулирует на дне колонны. Жидкая фаза, содержащая раствор очищенной глиоксиловой кислоты, извлекается со дна колонны с помощью газожидкостного сепаратора. В верхней части колонны газообразная фаза конденсируется в теплообменнике и извлекается.

Согласно другому предпочтительному аспекту изобретения водная реакционная среда, содержащая глиоксиловую кислоту и соляную кислоту, предварительно нагревается перед введением ее в колонну до температуры предпочтительно от 50°С до 100°С, наиболее предпочтительно от 60°С до 90°С.

Изобретение иллюстрируется нижеприведенными примерами, не ограничивающими его масштаб.

Пример 1

1) Получение водной реакционной смеси, содержащей глиоксиловую кислоту и соляную кислоту

Реализуемый на рынке готовый водный раствор глиоксиловой кислоты (содержание кислоты 50% мас.) (от Clariant Specialty Fine Chemicals (Франция)) концентрируется до 77%, после чего к нему добавляется водный раствор соляной кислоты (содержание кислоты 37% мас.) таким образом, чтобы получить водный раствор глиоксиловой кислоты (содержание кислоты 76% мас.), содержащий примерно 5000 ppm соляной кислоты.

2) Выделение глиоксиловой кислоты

Полученный выше водный раствор глиоксиловой кислоты, предварительно нагретый до 80°С, вводится при скорости подачи 3894 г/ч сверху в стеклянную колонку (диаметр 50 мм, длина 2 м), которая снабжена теплоизоляцией и содержит кольца Рашига (6×6 мм). Пар вводится снизу колонки при норме расхода 2001 г/л. Давление в колонке составляет ниже 10000 Па (100 мбар). Водный раствор глиоксиловой кислоты (содержание кислоты 75% мас.), содержащий 32 ppm соляной кислоты, извлекается со дна колонки в количестве 3944 г/л.

Пример 2

Пример 1 повторяется, но с использованием водного раствора глиоксиловой кислоты (содержание кислоты 80% мас.), содержащего примерно 5000 ppm соляной кислоты, при скорости подачи этого раствора в колонну 2363 г/ч и скорости подачи пара 1599 г/ч.

Водный раствор глиоксиловой кислоты (содержание кислоты 74% мас.), содержащий 39 ppm соляной кислоты, извлекается со дна колонны в количестве 2581 г/л.

1. Способ выделения глиоксиловой кислоты из предварительно полученной водной реакционной среды, содержащей глиоксиловую кислоту и соляную кислоту, отличающийся тем, что он содержит стадию отгонки реакционной среды в противотоке с паром для получения, с одной стороны, газообразной фазы, содержащей летучую соляную кислоту, и, с другой стороны, жидкой фазы, содержащей очищенную глиоксиловую кислоту.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанная водная реакционная среда содержит менее 30 мас.% воды.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что указанная водная реакционная среда содержит менее 25 мас.% воды.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что стадию отгонки в противотоке проводят под давлением ниже атмосферного давления.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что стадию отгонки в противотоке проводят под давлением ниже 30000 Па, предпочтительно ниже 10000 Па.

6. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что водную реакционную среду, содержащую глиоксиловую кислоту и соляную кислоту, получают окислением глиоксаля в присутствии соляной кислоты.

7. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что концентрация соляной кислоты в водной реакционной среде ниже или равна 2 мас.%.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что концентрация соляной кислоты в водной реакционной среде ниже или равна 0,5 мас.%.

9. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что концентрация соляной кислоты в жидкой фазе, содержащей очищенную глиоксиловую кислоту, ниже или равна 250 ppm (частей на миллион частей), предпочтительно - ниже или равна 100 ppm.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что концентрация соляной кислоты в жидкой фазе, содержащей очищенную глиоксиловую кислоту, ниже или равна 50 ppm, предпочтительно ниже или равна 30 ppm.

11. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что указанная водная реакционная среда содержит от 70 мас.% до 80 мас.% глиоксиловой кислоты, от 0 до 5 мас.% щавелевой кислоты и от 0 мас.% до 5 мас.% глиоксаля.

12. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что применяемое в способе массовое отношение пара к реакционной среде составляет от 0,1 до 10.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что применяемое в способе массовое отношение пара к реакционной среде составляет от 0,2 до 2.

14. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что водную реакционную среду, содержащую глиоксиловую кислоту и соляную кислоту, предварительно нагревают перед введением ее в колонну, предпочтительно до температуры от 50°С до 100°С.